Algorithmus gibt Robotern ein schnelleres Verständnis

Ein neuer Algorithmus beschleunigt den Planungsprozess erheblich, der für einen Roboter erforderlich ist, um seinen Griff auf ein Objekt anzupassen, indem er dieses Objekt gegen eine stationäre Oberfläche drückt. Während traditionelle Algorithmen Dutzende von Minuten für die Planung eines Bewegungsablaufs benötigen würden, verkürzt der neue Ansatz diesen Vorplanungsprozess auf weniger als eine Sekunde. Dieser schnellere Planungsprozess ermöglicht es Robotern, insbesondere in industriellen Umgebungen, schnell herauszufinden, wie sie gegen Objekte in ihrer Umgebung stoßen, entlanggleiten oder anderweitig Merkmale in ihrer Umgebung nutzen können, um Objekte in ihrem Griff neu zu positionieren. Eine solch flinke Manipulation ist nützlich für alle Aufgaben, die das Kommissionieren und Sortieren und sogar den komplizierten Einsatz von Werkzeugen beinhalten.

Bestehende Algorithmen brauchen normalerweise Stunden, um eine Bewegungssequenz für einen Robotergreifer vorzuplanen, hauptsächlich weil der Algorithmus für jede berücksichtigte Bewegung zuerst berechnen muss, ob diese Bewegung eine Reihe physikalischer Gesetze wie Newtons Bewegungsgesetze und Coulombs Beschreibungsgesetz erfüllen würde Reibungskräfte zwischen Objekten. Eine kompakte Möglichkeit, die Physik dieser Manipulationen zu lösen, bevor entschieden wird, wie sich die Roboterhand bewegen soll, besteht in der Verwendung von „Bewegungskegeln“, die im Wesentlichen visuelle, kegelförmige Karten der Reibung sind.

Das Innere des Kegels stellt alle Schubbewegungen dar, die auf ein Objekt an einem bestimmten Ort ausgeübt werden könnten, während es die grundlegenden Gesetze der Physik erfüllt und es dem Roboter ermöglicht, das Objekt zu halten. Der Raum außerhalb des Kegels stellt alle Stöße dar, die auf irgendeine Weise dazu führen würden, dass ein Objekt dem Griff des Roboters entgleitet. Der Algorithmus berechnet einen Bewegungskegel für verschiedene mögliche Konfigurationen zwischen einem Robotergreifer, einem Objekt, das er hält, und der Umgebung, gegen die er drückt, um verschiedene mögliche Stöße auszuwählen und zu sequenzieren, um das Objekt neu zu positionieren.

Die Forscher testeten den neuen Algorithmus an einem physischen Aufbau mit einer Drei-Wege-Interaktion, bei der ein einfacher Robotergreifer einen T-förmigen Block hielt und gegen eine vertikale Stange drückte. Sie verwendeten mehrere Startkonfigurationen, wobei der Roboter den Block an einer bestimmten Position griff und ihn in einem bestimmten Winkel gegen die Stange drückte. Für jede Startkonfiguration generierte der Algorithmus sofort die Karte aller möglichen Kräfte, die der Roboter aufbringen könnte, und die Position des resultierenden Blocks. Die Vorhersagen des Algorithmus stimmten zuverlässig mit dem körperlichen Ergebnis im Labor überein und planten Bewegungsabläufe – wie die Neuausrichtung des Blocks an der Stange, bevor er aufrecht auf einem Tisch abgelegt wird – in weniger als einer Sekunde, verglichen mit herkömmlichen Algorithmen, die dauern mehr als 500 Sekunden für die Planung.